JP4542723B2 - Sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出素子をケーシング内に固定して動作し、所定の検出信号を検出するセンサに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、高温環境下において使用されるガスセンサから信号を取り出すための端子構造として、例えば特開平6−331596号公報や特開平6−331597号公報に示されたものが知られている。これらの端子構造は、長軸状の出力端子をガスセンサのケーシング内にガラスやセメント等により固定するものであり、この出力端子に対して、検出信号を取り出すためのリード線を接続したコネクタが接続される。
【0003】
しかし、かかる構成は、熱処理によって溶融したガラスやセメントが硬化した際に出力端子がケーシング内に固定されるものであるため、その固着強度に処理毎のばらつきがある。このため、検出素子を含む内装部品の保持が不安定になる虞があった。また、出力端子の位置がばらついてコネクタとの嵌合が困難になったり、出力端子と検出素子との安定した接触状態を保持できなくなる虞もあった。
【0004】
また、例えば特開平10−197475号公報には、ケーシング内にOリングを介して固定されたコネクタインサートを配置し、このコネクタインサートに出力端子を保持固定する構造が開示されている。この構成によれば、上述した熱処理による組付誤差は発生しない。
【0005】
しかし、かかる構成においては、端子の一部を予め検出素子に仮止めした不安定な状態で、当該出力端子の一部をコネクタ側の端子に接続する必要がある。この場合、出力端子が複数あるためコネクタの接続作業が煩雑となる。また、コネクタ端子の検出素子側が固定されないため、その短絡の虞があった。さらに、出力端子を含む内装部品を、Oリングの圧縮力により(その反力により)ケーシング内で安定に保持する構成を有するため、Oリングの熱劣化或いは経年劣化により、その安定した保持状態を維持できなくなるといった問題があった。
【0006】
このような問題は、ガスセンサに限らず、同様の構成を有するセンサであれば、温度センサや流量センサ等その他のセンサについても生ずるものと考えられる。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、内装部品を精度良く組み付けることができると共に、その安定した保持を実現するセンサを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる課題に鑑み、請求項1に記載のセンサにおいては、ケーシング後端に形成されたコネクタ部が、板状の検出素子の電極端子に接触して検出信号を取り出す。そして、リード線が接続された外部コネクタがこのコネクタ部に接続されることにより、検出素子の検出信号を外部に取り出せるようになっている。
【0008】
このため、センサを測定対象に晒すために取付部材に取り付ける際には、まずコネクタ部が固定された状態のケーシングを取付部材に取り付け、その後、リード線が接続された外部コネクタをこれに組み付けることができる。そのため、センサ本体(ケーシング及びその内装部品)の取付部材への取付作業が容易になる。特にケーシングが取付部材に対して螺合接続される場合には、予めリード線をセンサに一体に組み付けた構成ではリード線のねじれの問題が発生するが、本願発明のセンサによればこのような問題が生じない。
【0009】
上記コネクタ部は、複数のコネクタ端子と、これを保持する第1ホルダ及び第2ホルダとから構成される。コネクタ端子は、電極端子に弾性的に接触する素子接触部と、外部コネクタに接続するコネクタ接続部を有する。また、第1ホルダは、検出素子の電極端子が形成された側の端部周囲を覆うように配置され、各コネクタ端子を貫通させ互いに非接触状態で保持すると共に、コネクタ端子の素子接触部を検出素子との間に介装する。さらに、第2ホルダは、第1ホルダにバネ部材を介して連結されると共に、ケーシングに気密に固定される。そして、自身に形成された挿通孔に各コネクタ端子のコネクタ接続部を挿通し、これを露出させた状態で保持する。
【0010】
かかる構成によれば、コネクタ端子を検出素子とは独立して第1ホルダに組み付けることができる。そして、そのようにして予め組み付けられた第1ホルダを、予め主体金具に固定された状態の検出素子に対して接続するだけで、検出素子とコネクタ端子との接続作業が完了する。このため、組付作業がワンタッチで行われ、極めて容易になる。
【0011】
また、第1ホルダのみにコネクタ端子を組み付けて構成した軽い端子ユニットを検出素子に接続し、コネクタ端子と電極端子とを接触させることができる。このため、この接触時に検出素子に加わる負荷を小さくすることができ、接触時における検出素子の変形又は接触部の損傷等を効果的に防止することができる。
【0012】
そして、この状態から第1ホルダに対してバネ部材を介して第2ホルダを組み付けると共に、第2ホルダをケーシングに対して気密に固定することができる。
このため、少なくとも第2ホルダのケーシングに対する安定した固定状態により、この第2ホルダに保持されたコネクタ端子を所定の位置に安定して保持することができる。
【0013】
この場合、第1ホルダを第2ホルダと同様にケーシングに対して気密に固定し、コネクタ端子のより安定した固定状態を図ることもできる。しかし、第1ホルダは、コネクタ端子の素子接触部と検出素子の電極端子との接触状態を保持する部分でもあるため、ケーシング外部から衝撃力が加わった場合に、これをまともに受けない構成とするのが好ましい。そして、そのためには第1ホルダをケーシングとは気密に固定しないで、むしろ適度に隔てて構成するのが好ましい。その点、上記構成では、第1ホルダと第2ホルダとが別体で構成されているため、第2ホルダ側でケーシングへの固定状態を実現する一方、第1ホルダ側をケーシング(外筒)から隔てることができ、このような構成を実現することができる。またその際、第1ホルダはバネ部材を介して第2ホルダに連結されるため、そのケーシング内部での安定した保持状態は実現される。つまり、外部からケーシングを介して第2ホルダに衝撃力が伝わっても、その衝撃力がバネ部材により緩和されて第1ホルダに伝わることになるため、上記接触部の損傷等を有効に防止することができる。さらに、このバネ部材の弾性力により、センサの内装部品間の適度な押圧力を保持することができるため、当該内装部品をケーシング内で安定して保持することができる。
【0014】
また、第1ホルダと第2ホルダとの連結態様としては、例えば請求項2に記載のように、第1ホルダの第2ホルダとの連結面に凸状の第1嵌合部が形成され、一方、第2ホルダの第1ホルダとの連結面に第1嵌合部と嵌合可能な凹状の第2嵌合部が形成され、これら第1嵌合部と第2嵌合部とが嵌合した状態で、第2ホルダが第1ホルダに連結される態様とするのが好ましい。逆に、第1嵌合部が凹状に形成され、第2嵌合部が凸状に形成された態様でもよい。
【0015】
かかる構成によれば、第2ホルダによる第1ホルダの横方向の支持力を高めることができ、外部からの衝撃や振動が加わっても、第1ホルダひいてはコネクタ端子の安定した固定状態を保持することができる。
またその場合、上記バネ部材は、第1嵌合部と第2嵌合部との間に介装されることになるが、請求項3に記載のように、第1嵌合部と第2嵌合部とが、その間にバネ部材を介装することにより所定のクリアランスを保持しつつ嵌合した状態で、第1ホルダと第2ホルダとが連結されているのが好ましい。
【0016】
このように所定のクリアランスを保持した状態とすることにより、バネ部材の弾性を最大限に引き出すことができ、当該バネ部材の反力により第1ホルダを初めとするセンサの内装部品間に適度な押圧力を付与し、そのケーシング内での安定した固定状態を保持することができるからである。また、軸方向の衝撃力が加わった際には、このクリアランスによるバネ部材の弾性によりその衝撃力を吸収することもできるため、内装部品の保護の観点からも好ましい。
【0017】
より具体的な構成としては、例えば請求項4に記載のように、第1ホルダが、その本体上部に外方に突設された鍔部を有し、この鍔部とこの本体上端部により上記第1嵌合部を形成し、この鍔部の第2ホルダ側の端面に上記バネ部材を介して第2ホルダの第2嵌合部の端面を保持したものが考えられる。
【0018】
かかる構成によれば、第1ホルダの本体を小さく(つまり軽く)構成することができる一方、鍔部により所定の受圧面積を確保することができる。
またその場合、鍔部を本体に対して単に垂直に突出させるのではなく、請求項5に記載のように、上記鍔部の下端部を第1ホルダの本体に向かってテーパ状に形成するのがよい。
【0019】
かかる構成によれば、鍔部の断面積を大きくすることができ、バネ部材による応力を支えるのに十分な強度を確保することができるからである。
ところで、上記のように第1ホルダと第2ホルダとでコネクタ端子を保持する構成をとることにより、コネクタ端子をその軸方向に安定して支持する構成を実現することもできる。
【0020】
例えば請求項6に記載のように、コネクタ端子に素子接触部とコネクタ接続部とを連結する連結部を形成し、当該連結部に設けられた係止部が第1ホルダの上端面に係止されることによりこの第1ホルダに支持される一方、第2ホルダに設けられた収容部により、当該連結部が収容されその第2ホルダ側への移動を阻止する構成とすることができる。
【0021】
かかる構成によれば、コネクタ端子が、その連結部において第1ホルダと第2ホルダとにより挟持される態様で軸方向に保持される。このため、外部コネクタの接続持の押圧力により、コネクタ端子が検出素子側にずれることもなく、また、外部コネクタを取り外す際に、この外部コネクタに引きずられてコネクタ端子が脱落する等の問題も生じない。この結果、コネクタ端子がケーシング内で安定に保持される。
【0022】
尚、検出素子をケーシングに固定する手段としては、請求項7に記載のように、検出素子を挿通して保持するスリーブを用い、このスリーブをケーシングに固定することで、検出素子をケーシングに固定する方法が考えられる。このようなタイプのセンサにおいては、第1ホルダをバネ部材の弾性力でスリーブに押し当てるように固定すると、第1ホルダのケーシングに対する固定力が増し、センサに振動が加わった場合でも、第1ホルダの慣性力が直接検出素子に加わらないように出来る。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面と共に説明する。
本実施例は、本発明のセンサを酸素センサとして構成したものであり、図1は当該酸素センサの全体構成を示す断面図である。
【0024】
同図に示すように、酸素センサ1は、長方形状の断面を有する平板状の検出素子2、検出素子2を収容するケーシング3、ケーシング3内に固定され検出素子2に接触して検出信号を取り出すコネクタ部10等から構成されている。そして、図示しない外部回路に繋がる複数のリード線21、22の先端に設けられた外部コネクタ20が、このコネクタ部10に接続されることにより、検出信号を当該外部回路に伝達できるようになっている。
【0025】
この検出素子2は、長板状に形成された複数の酸素濃淡電池素子と、この酸素濃淡電池素子を活性化させるための複数のヒータとが積層されて形成されている(図示せず)。そして、その軸方向中央付近の外周には、自身をケーシング3内に係止固定させるためのセラミックからなる筒状の支持部材4が外挿され接着されている。また、検出素子2の下端側には、被測定ガスに晒されて被測定ガス成分を検出する検出部2aが設けられており、上端側の側面には検出部2aにて生じた酸素濃淡電池起電力を引き出し又はヒータに電力を供給するための複数(本実施例では4個)の電極端子2bが取り付けられている(図2参照)。
【0026】
ケーシング3は、主体金具7と、主体金具7の上部に設けられた外筒8から構成される。この主体金具7と外筒8との間に形成された内部空間には、上記コネクタ部10が収容される。
主体金具7は、酸素センサ1を排気管等の取付部に固定すると共に、上記支持部材4を装着した状態の検出素子2、滑石粉末からなる充填部材5、及び充填部材5をパッキン6aを介して押圧するスリーブ6b等を内部に収容する。すなわち、主体金具7は、円筒状の本体先端側の内周に内向き突出した段部7aを有し、この段部7aに支持部材4を係止することにより検出素子2を下方から支持している。そして、支持部材4の上側における主体金具7の内周面と検出素子2の外周面との間に充填部材5を配設した後、この充填部材5の後側にリング状のパッキン6aさらに筒状のスリーブ6bを同軸状に内挿し、その状態から主体金具7の上端部7bを内方(下方)に向かって加締めることにより、スリーブ6bを上方から係止している。この際、加締力(圧縮力)を受けた充填部材5の弾性により、検出素子2と主体金具7とがしっかりと固定される。
【0027】
また、主体金具7の先端側(図中下方)外周には、検出素子2の検出部2aを覆うと共に、複数の孔部を有する金属製の二重のプロテクタ9a,9bが溶接により取り付けられている。
次に、酸素センサ1の主要部であるコネクタ部10の周辺の構成について、図2に基づいて詳細に説明する。
【0028】
同図に示すように、コネクタ部10は、検出素子2の電極端子2bに夫々接触する4つのコネクタ端子30、これらのコネクタ端子30を非接触状態で保持しつつケーシング3内に保持される第1ホルダ40、第1ホルダ40の上端に波形座金60(バネ部材)を介して連結されると共に、Oリング71を介して外筒8に気密に固定され、コネクタ端子30のコネクタ接続部32を挿通して保持する第2ホルダ50等から構成されている。
【0029】
まず、コネクタ端子30の構成について図3に基づいて説明する。
同図(a)はコネクタ端子30の正面図であり、同図(b)はその一側面図である。
コネクタ端子30は、例えば高温に繰り返し晒されても弾性(バネ弾性)を保持可能な長尺薄板状のステンレス鋼板や耐食耐熱超合金板を、数カ所で折曲加工して長軸板状に形成されている。同図(a)に示すように、コネクタ端子30は、検出素子2の電極端子2bに弾性的に接触するための素子接触部31と、外部コネクタ20の後述する雌型端子に接続されるコネクタ接続部32を有し、これらを連結する連結部33の両側面からは、一対の爪状の係止部33aが突出している。
【0030】
素子接触部31は、コネクタ接続部32にほぼ平行に延び、その一端で所定量屈曲して連結部33に連結されている。この素子接触部31は、第1ホルダ40の壁面に当接する平板状の当接部31a、当接部31aに平行に並設され電極端子2bに接触する平板状の接触部31b、及び当接部31aと接触部31bとの間に介装され、接触部31bに沿って伸びる波板状のバネ部31cからなる。当接部31aとバネ部31cとは、コネクタ端子30の下部に形成された折曲部31dを介して互いに連結され、接触部31bとバネ部31cとは、接触部31bの上端に連設された折曲部31eを介して互いに連結されている。また、バネ部31cは、その波状部分の頂点の数カ所で接触部31b又は当接部31aに接触している。さらに、接触部31bの下端には、第1ホルダ40の方向に延設され、その途中で上方に屈曲して当接部31aに平行に延びる係止部31fが形成されている。
【0031】
次に、第1ホルダ40の構造について、図4に基づいて詳細に説明する。同図(a)は第1ホルダ40の平面図であり、同図(b)はそのA−A断面図、同図(c)はそのB−B断面図である。
第1ホルダ40は、円柱状の本体41を有し、この本体41の上部外周面に沿って鍔部42が突設されている。この鍔部42には、その強度を補強するためにその下部が下方に小径化するテーパ状になっており、本体41に滑らかに接続している。そして、この第1ホルダ40の上端形状により、第2ホルダ50と嵌合するための凸状嵌合部40aが形成されている。
【0032】
また、本体41の内部には、下方から検出素子2の上端部を収容するための長方形状の収容部43が下方に開口して形成されている。また、本体41の上端壁には上記4つのコネクタ端子30のコネクタ接続部32を夫々挿通するための4つの角形挿通孔44が穿設され、収容部43に連通している。
【0033】
さらに、本体41の下部は段差形状になっており、この段差部の所定位置に4つの段付角溝45が設けられている。この結果、この段付角溝45と収容部43との間には、コネクタ端子30の素子接触部31を係止させる係止壁46が形成されている。
【0034】
また、収容部43の4つの側壁の夫々の中央には、内方に突設されかつ上下方向に延びる仕切部47が夫々設けられており、この仕切部47によって隣接するコネクタ端子30の短絡が防止されるようになっている。
次に、第2ホルダ50の構成について、図5に基づいて詳細に説明する。同図(a)は第2ホルダ50の平面図であり、同図(b)はそのC−C断面図、同図(c)はその底面図である。
【0035】
第2ホルダ50は、有底円筒状の本体51を有し、その底部52には上記4つのコネクタ端子30のコネクタ接続部32を夫々挿通するための4つの角形挿通孔53が穿設されている。この角形挿通孔53は、その上部においてコネクタ接続部32とほぼ等しい大きさの断面を有するが、その中央より下方がテーパ面53aを介して拡張され、コネクタ端子30の係止部33aを収容する収容部53bを形成している。
【0036】
また、底部52の外側面中央には、後述するOリング71を装着するためのリング状の溝54がその周方向に形成され、底部52の上端周端縁には、後述するシール部材73を嵌合装着するためのリング状の嵌合溝55が形成されている。
さらに、底部52の下端面には円形の凹状嵌合部50aが形成されている。この凹状嵌合部50aは、上記第1ホルダ40の凸状嵌合部40aと嵌合可能になっている。
【0037】
次に、酸素センサ1の主要部の組付工程について、図6〜図8に基づいて説明する。
まず、上述のように形成されたコネクタ端子30を第1ホルダ40に対して組み付ける。すなわち、図6(a)に示すように、第1ホルダ40の収容部43にコネクタ端子30を下方から挿入し、第1ホルダ40の角形挿通孔44にコネクタ接続部32の先端部を挿通させつつコネクタ端子30を徐々に差し込んでゆく。
【0038】
このとき、コネクタ端子30の一対の係止部33aは、同図(a)に示すように外方に突出した状態から挿入されるが、第1ホルダ40の係止壁46に当接すると、同図(b)に示すように、その係止壁46側の係止部33aがその弾性により内方に押し込まれる。そして、さらに挿入され、係止部33aが角形挿通孔44に差し掛かるとその反対側の係止部33aもその弾性により内方に押し込まれる。このとき、素子接触部31の当接部31aと係止部31fとの間に第1ホルダ40の係止壁46が徐々に介装されていく(同図(c))。
【0039】
そして、係止部33aが角形挿通孔44を抜けて第1ホルダ40の上端面に出ると、係止部33aが弾性復帰して開き、その先端が第1ホルダ40の上端面に引っかかる(同図(d))。このとき、同時に係止壁46の先端が係止部31fに係止されるため、これら係止部33aと素子接触部31とにより第1ホルダ40を上下に挟む態様で、コネクタ端子30が第1ホルダ40に対して固定される。
【0040】
そして、このようにして全てのコネクタ端子30が第1ホルダ40に組み付けられ端子ユニットが形成されると、この端子ユニットを検出素子2に接続する。
すなわち、図7(a)に矢印にて示すように、この端子ユニットを、予め主体金具7に固定された検出素子2に対して上方から接続する。このとき、端子ユニットの第1ホルダ40がスリーブ6bの上面に載置されることにより、検出素子2に対して定位置に固定され、その素子接触部31も、電極端子2bに当接する定位置に固定される(同図(b))。
【0041】
また、第1ホルダ40の係止壁46によってバネ部31cの外方への変位が阻止されているため、バネ部31cによる検出素子2側への付勢力を強く保持することができ、接触部31bと電極端子2bとの安定した接触状態を保持することができる。
【0042】
そして、この状態から第1ホルダ40の鍔部42の上面に波形座金60を配置した状態で、Oリング71を装着した第2ホルダ50を第1ホルダ40に嵌合させる(同図(c))。
この波形座金60は、図9(a)に示すようにリング状の本体を有する。そして同図(b)にそのD−D断面の拡大図を示すように、周方向に沿って波形状に形成されており、その厚み方向に所定の弾性力を有する。この厚みtは、図7(d)に示すように外筒8の組み付けが完了した際に、第1ホルダ40と第2ホルダ50との間に所定のクリアランスCRを保持できる厚みに設定されている。このため、波形座金60の弾性を最大限に引き出すことができ、その反力により第1ホルダ40を初めとする酸素センサ1の内装部品間に適度な押圧力を付与し、そのケーシング3内での安定した固定状態を保持することができる。また、酸素センサ1に軸方向の衝撃力が加わった際には、このクリアランスCRによる波形座金60の弾性によりその衝撃力を吸収することもできる。
【0043】
また、この第1ホルダ40の凸状嵌合部40aと第2ホルダ50の凹状嵌合部50aとが、このように弾性的に嵌合することで、第2ホルダ50による第1ホルダ40の横方向の支持力を高めることができ、外部からの衝撃や振動が加わっても、第1ホルダ40ひいてはコネクタ端子30の安定した固定状態を保持することができる。
【0044】
また、このとき各コネクタ端子30の係止部33aが第2ホルダ50の収容部53bに収容された状態となるが、コネクタ端子30は、係止部33aが第1ホルダ40の上端面に引っかかることにより係止され、検出素子2側へのズレが防止される一方、テーパ面53aにより外部コネクタ20側への移動が阻止される。このため、次述する外部コネクタ20の接続持の押圧力により、コネクタ端子30が検出素子2側にずれることもなく、また、外部コネクタ20を取り外す際に、この外部コネクタ20に引きずられてコネクタ端子30が脱落する等の問題も生じない。この結果、コネクタ端子30がケーシング3内で安定に保持される。
【0045】
尚、第2ホルダ50内側の嵌合溝55には、後述する外部コネクタ20の接続に備え、リング状のゴム製シール部材73が嵌合装着されている。また、第2ホルダ50の上部側壁には一対のスリット56(図8参照)が形成され、後述するU字状の押えピン75が嵌合装着されている。
【0046】
そして、この状態から円筒状の外筒8を上方から被せる(図7(d))。この外筒8は、その内径が第2ホルダ50の外径とほぼ等しくなっており、第2ホルダ50との間に介装されたOリング71によって上方からの水分の侵入を防止できるようになっている。また、外筒8の上端縁には内側に所定量延出したフランジ部8aが形成されており、このフランジ部8aにより第2ホルダ50の上端縁を下方に押圧できるようになっている。つまり、外筒8から第2ホルダ50に対して所定の押圧力を付与した状態で、外筒8の下部をレーザ溶接により主体金具7に接合する。その結果、この押圧力が第2ホルダ50、波形座金60を介して第1ホルダ40等の内装部品に伝わり、そのケーシング3内での安定した固定を実現している。
【0047】
そして、このようにして酸素センサ1を組み付けた状態で、図8に示すように外部コネクタ20をコネクタ部10に接続する。
外部コネクタ20は、その上部(大径部)が外筒8の外径とほぼ同じ外径を有し、下部(小径部)が第2ホルダ50の内径とほぼ同じ外径を有する段付円柱状をなす。そして、その上記コネクタ接続部32に対応した位置に設けられた軸方向の4つの貫通孔23には、雌型の外部コネクタ端子24が夫々配設されている。この外部コネクタ端子24は、ステンレス鋼板や耐食耐熱超合金板等を数カ所で折曲加工して筒状に形成されており、その上部には、検出部2aの検出信号を外部に取り出すための一対のリード線21,22、及びヒータに電力を供給するための一対のリード線(図中、リード線21,22の裏側に配置)が加締接合されている。
【0048】
外部コネクタ20の大径部には、上方に開口した開口部25が形成されており、この開口部25にゴムからなる円柱形状のシール部材29が配設されている。
このシール部材29には、上記各リード線を挿通するための軸方向の貫通孔29aが形成され、各リード線は、この貫通孔29aを貫通して外部に引き出されている。また、シール部材29の外径部表面及び貫通孔29aの内径部表面には、夫々凹凸形状が施されており、この凹凸形状の部分で夫々の気密を保つと共に、その押付力によりシール部材29自体が開口部25に保持されている。
【0049】
また、外部コネクタ20の小径部は、その外径が第2ホルダ50の内径よりやや小さくなっており、その側壁の中央部には、上記押えピン75を部分的に嵌合可能な左右一対のスリット26が形成されている。さらに、小径部の先端部には、内側に傾斜したテーパ状の突条27がその周端縁に沿って形成され、コネクタ部10の第2ホルダ50への挿入を容易にしている。
【0050】
そして、外部コネクタ20のコネクタ部10への接続に際し、外部コネクタ20は押えピン75を外方に押し広げながら第2ホルダ50に挿入される。そして、上記突条27がシール部材73に当たり、このシール部材73を変形させつつさらに押し込まれる。そして、上記スリット26が押えピン75に嵌合することにより、外部コネクタ20がコネクタ部10に対して固定される。このとき、外部コネクタ20とコネクタ部10との隙間から水分が侵入したとしても、シール部材73によって酸素センサ1内部への侵入は阻止されることになる。
【0051】
以上に述べたように、本実施例の酸素センサ1においては、コネクタ部10が、第1ホルダ40と第2ホルダ50を備えるため、コネクタ端子30の検出素子2への接続の際に、まず、第1ホルダ40のみにコネクタ端子30を組み付けて構成した軽い端子ユニットを検出素子2に接続し、コネクタ端子30と電極端子2bとを接触させることができる。このため、この接触時に検出素子2に加わる負荷を小さくすることができ、接触時における検出素子2の変形又は接触部の損傷等を効果的に防止することができる。
【0052】
そして、この状態から第1ホルダ40に対して波形座金60を介して第2ホルダ50を組み付けると共に、第2ホルダ50をケーシング3に対して気密に固定することができる。このため、少なくとも第2ホルダ50のケーシング3に対する安定した固定状態により、この第2ホルダ50に保持されたコネクタ端子30を所定の位置に安定して保持することができる。また、波形座金60の弾性反力により第1ホルダ40を初めとする酸素センサ1の内装部品間に適度な押圧力を付与し、そのケーシング3内での安定した固定状態を保持することができる。
【0053】
また、このように検出素子2の主体金具7への取付けと、検出素子2へのコネクタ端子30の電気的接続が別工程で行われるため、検出素子2を主体金具7の所定の位置に精度良く取り付けることができ、センサの特性を一定に保持することができる。
【0054】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施例においては、コネクタ端子30を全体として板状に形成した例を示したが、ピン状或いは筒状に形成することもできる。
【0055】
また、上記実施例においては、本発明のセンサを酸素センサに適用した例を示したが、同様の構成を有するセンサであれば、その他のガスセンサ、温度センサ、或いは流量センサ等についても適用可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例に係るセンサの全体構成を表す断面図である。
【図2】 実施例に係るセンサの要部詳細構成を表す断面図である。
【図3】 実施例のコネクタ端子の構成を表す説明図である。
【図4】 実施例の第1ホルダの構成を表す説明図である。
【図5】 実施例の第2ホルダの構成を表す説明図である。
【図6】 実施例のセンサの組付工程を表す説明図である。
【図7】 実施例のセンサの組付工程を表す説明図である。
【図8】 実施例のセンサの組付工程を表す説明図である。
【図9】 実施例の波形座金の説明図である。
【符号の説明】
1・・・酸素センサ、 2・・・検出素子、 2b・・・電極端子、
3・・・ケーシング、 6・・・スリーブ、 7・・・主体金具、
8・・・外筒、 10・・・コネクタ部、 20・・・外部コネクタ、
30・・・コネクタ端子、 31・・・素子接触部、 31a・・・当接部、
31b・・・接触部、 31c・・・バネ部、 31f・・・係止部、
32・・・コネクタ接続部、 33・・・連結部、 33a・・・係止部、
40・・・第1ホルダ、 50・・・第2ホルダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor that operates with a detection element fixed in a casing and detects a predetermined detection signal.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Conventionally, as a terminal structure for taking out a signal from a gas sensor used in a high temperature environment, for example, those shown in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-331596 and 6-331597 are known. In these terminal structures, the long axis output terminal is fixed in the casing of the gas sensor with glass, cement, or the like, and a connector to which a lead wire for taking out a detection signal is connected is connected to this output terminal. Is done.
[0003]
However, in such a configuration, when the glass or cement melted by the heat treatment is cured, the output terminal is fixed in the casing. For this reason, there exists a possibility that holding | maintenance of the interior components containing a detection element may become unstable. In addition, there is a possibility that the position of the output terminal varies and it becomes difficult to fit the connector, and the stable contact state between the output terminal and the detection element cannot be maintained.
[0004]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-197475 discloses a structure in which a connector insert fixed through an O-ring is disposed in a casing and an output terminal is held and fixed to the connector insert. According to this configuration, the assembly error due to the heat treatment described above does not occur.
[0005]
However, in such a configuration, it is necessary to connect a part of the output terminal to the terminal on the connector side in an unstable state in which a part of the terminal is temporarily fixed to the detection element in advance. In this case, since there are a plurality of output terminals, the connection work of the connector becomes complicated. Moreover, since the detection element side of the connector terminal is not fixed, there is a risk of short circuit. Furthermore, since the internal parts including the output terminal are stably held in the casing by the compressive force of the O-ring (by its reaction force), the stable holding state is maintained due to thermal deterioration or aging deterioration of the O-ring. There was a problem that it could not be maintained.
[0006]
Such a problem is not limited to the gas sensor, and may be caused for other sensors such as a temperature sensor and a flow rate sensor as long as the sensor has a similar configuration.
The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a sensor capable of assembling interior parts with high accuracy and realizing stable holding thereof.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In view of this problem, in the sensor according to the first aspect, the connector portion formed at the rear end of the casing contacts the electrode terminal of the plate-like detection element to extract the detection signal. An external connector to which a lead wire is connected is connected to this connector portion, so that a detection signal of the detection element can be taken out to the outside.
[0008]
For this reason, when attaching the sensor to the mounting member in order to expose it to the measurement object, first attach the casing with the connector portion fixed to the mounting member, and then assemble the external connector to which the lead wire is connected. Can do. For this reason, the attachment work of the sensor main body (the casing and its interior parts) to the attachment member is facilitated. In particular, when the casing is screwed to the mounting member, a problem of twisting of the lead wire occurs when the lead wire is integrally assembled with the sensor in advance. However, according to the sensor of the present invention, There is no problem.
[0009]
The connector portion includes a plurality of connector terminals and a first holder and a second holder that hold the connector terminals. The connector terminal has an element contact portion that elastically contacts the electrode terminal and a connector connection portion that connects to an external connector. The first holder is arranged so as to cover the periphery of the end portion of the detection element on which the electrode terminal is formed, and penetrates each connector terminal and holds it in a non-contact state. It is interposed between the detection elements. Further, the second holder is coupled to the first holder via a spring member and is hermetically fixed to the casing. And the connector connection part of each connector terminal is inserted in the insertion hole formed in itself, and this is hold | maintained in the exposed state.
[0010]
According to this structure, a connector terminal can be assembled | attached to a 1st holder independently of a detection element. Then, the connecting operation between the detection element and the connector terminal is completed only by connecting the first holder assembled in advance in this way to the detection element fixed in advance to the metal shell. For this reason, the assembling work is performed with one touch, which is extremely easy.
[0011]
In addition, a light terminal unit configured by assembling the connector terminal only on the first holder can be connected to the detection element, and the connector terminal and the electrode terminal can be brought into contact with each other. For this reason, the load applied to the detection element at the time of contact can be reduced, and deformation of the detection element at the time of contact or damage to the contact portion can be effectively prevented.
[0012]
From this state, the second holder can be assembled to the first holder via the spring member, and the second holder can be airtightly fixed to the casing.
For this reason, the connector terminal hold | maintained at this 2nd holder can be stably hold | maintained to a predetermined position by the stable fixed state with respect to the casing of a 2nd holder at least.
[0013]
In this case, the first holder can be airtightly fixed to the casing in the same manner as the second holder, and the connector terminal can be fixed more stably. However, since the first holder is also a part that holds the contact state between the element contact portion of the connector terminal and the electrode terminal of the detection element, when the impact force is applied from the outside of the casing, the first holder is not properly received. It is preferable to do this. For this purpose, it is preferable that the first holder is not airtightly fixed to the casing, but rather is appropriately separated. In that respect, in the above configuration, since the first holder and the second holder are configured separately, the second holder side realizes the fixed state to the casing, while the first holder side is the casing (outer cylinder). It is possible to realize such a configuration. At that time, since the first holder is connected to the second holder via the spring member, a stable holding state inside the casing is realized. That is, even if an impact force is transmitted from the outside to the second holder via the casing, the impact force is relaxed by the spring member and transmitted to the first holder, so that the contact portion is effectively prevented from being damaged. be able to. Furthermore, since the appropriate pressing force between the interior parts of the sensor can be held by the elastic force of the spring member, the interior part can be stably held in the casing.
[0014]
Moreover, as a connection aspect of a 1st holder and a 2nd holder, a convex 1st fitting part is formed in the connection surface with the 2nd holder of a 1st holder, for example, as described in
[0015]
According to such a configuration, the lateral support force of the first holder by the second holder can be increased, and the first holder and thus the connector terminal can be stably fixed even when an external impact or vibration is applied. be able to.
In this case, the spring member is interposed between the first fitting portion and the second fitting portion. However, as described in
[0016]
By maintaining the predetermined clearance in this manner, the elasticity of the spring member can be maximized, and the reaction force of the spring member can provide an appropriate amount between the interior parts of the sensor including the first holder. This is because a pressing force can be applied to maintain a stable fixed state in the casing. In addition, when an impact force in the axial direction is applied, the impact force can be absorbed by the elasticity of the spring member due to the clearance, which is preferable from the viewpoint of protecting the interior parts.
[0017]
As a more specific configuration, for example, as described in
[0018]
According to such a configuration, the main body of the first holder can be made small (that is, light), while a predetermined pressure receiving area can be secured by the collar portion.
In this case, the flange portion is not simply projected perpendicularly to the main body, but the lower end portion of the flange portion is tapered toward the main body of the first holder as described in
[0019]
According to such a configuration, the cross-sectional area of the flange portion can be increased, and sufficient strength to support the stress caused by the spring member can be ensured.
By the way, the structure which hold | maintains a connector terminal stably in the axial direction is also realizable by taking the structure which hold | maintains a connector terminal with a 1st holder and a 2nd holder as mentioned above.
[0020]
For example, as described in
[0021]
According to such a configuration, the connector terminal is held in the axial direction in such a manner that the connector terminal is sandwiched between the first holder and the second holder at the connecting portion. For this reason, the connector terminal does not shift to the detection element side due to the pressing force of the external connector, and when the external connector is removed, the connector terminal is pulled by the external connector and dropped. Does not occur. As a result, the connector terminal is stably held in the casing.
[0022]
As a means for fixing the detection element to the casing, as described in
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In this embodiment, the sensor of the present invention is configured as an oxygen sensor, and FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the oxygen sensor.
[0024]
As shown in the figure, the
[0025]
The
[0026]
The
The
[0027]
Further, a metal double protector 9a, 9b having a plurality of holes is attached to the outer periphery of the front end side (downward in the drawing) of the
Next, the configuration around the
[0028]
As shown in the figure, the
[0029]
First, the configuration of the
2A is a front view of the
The
[0030]
The
[0031]
Next, the structure of the
The
[0032]
Further, a rectangular
[0033]
Further, the lower portion of the
[0034]
In addition, at the center of each of the four side walls of the
Next, the structure of the
[0035]
The
[0036]
Further, a ring-shaped
Further, a circular concave fitting portion 50 a is formed on the lower end surface of the
[0037]
Next, the assembly process of the main part of the
First, the
[0038]
At this time, the pair of locking portions 33a of the
[0039]
Then, when the locking portion 33a passes through the
[0040]
Then, when all the
That is, as shown by an arrow in FIG. 7A, this terminal unit is connected from above to the
[0041]
Further, since the outward displacement of the spring portion 31c is prevented by the locking
[0042]
From this state, the
The
[0043]
Moreover, the convex fitting part 40a of this
[0044]
At this time, the locking portions 33a of the
[0045]
In addition, a ring-shaped
[0046]
Then, the cylindrical
[0047]
Then, with the
The
[0048]
An
The
[0049]
Further, the outer diameter of the small-diameter portion of the
[0050]
When the
[0051]
As described above, in the
[0052]
From this state, the
[0053]
Further, since the attachment of the
[0054]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, it cannot be overemphasized that embodiment of this invention can take various forms, as long as it belongs to the technical scope of this invention, without being limited to the said Example at all. Nor.
For example, in the above-described embodiment, the example in which the
[0055]
In the above embodiment, an example in which the sensor of the present invention is applied to an oxygen sensor has been described. However, as long as the sensor has a similar configuration, it can be applied to other gas sensors, temperature sensors, flow sensors, and the like. Of course there is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an overall configuration of a sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a detailed configuration of a main part of a sensor according to an embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a connector terminal according to an embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a first holder according to an embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a second holder according to the embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a sensor assembly process according to an embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a sensor assembly process according to an embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a sensor assembly process according to an embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a corrugated washer according to an embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
3 ... casing, 6 ... sleeve, 7 ... metal shell,
8 ... outer cylinder, 10 ... connector, 20 ... external connector,
30 ... Connector terminal, 31 ... Element contact part, 31a ... Contact part,
31b ... contact part, 31c ... spring part, 31f ... locking part,
32 ... Connector connection part, 33 ... Connecting part, 33a ... Locking part,
40 ... first holder, 50 ... second holder
Claims (7)
前記検出素子の他端を内部に収容すると共に、前記検出部を測定対象に露出させた状態で保持するケーシングと、を備え、
前記ケーシングには、前記検出信号を外部回路に伝達する為に前記ケーシングに脱着可能に接続される外部コネクタと接続するコネクタ部が形成されたセンサであって、
該コネクタ部は、
前記電極端子に弾性的に接触する素子接触部、及び前記外部コネクタに接続するコネクタ接続部を有する複数のコネクタ端子と、
前記検出素子の前記電極端子が形成された側の端部周囲を覆うように配置され、前記複数のコネクタ端子を貫通させる貫通孔を有し、各コネクタ端子を互いに非接触状態で保持すると共に、該コネクタ端子の素子接触部を前記検出素子との間に介装する第1ホルダと、
前記第1ホルダにバネ部材を介して連結されると共に、前記ケーシングに気密に固定され、自身に形成された挿通孔に前記各コネクタ端子のコネクタ接続部を挿通して露出させると共に、これを保持する第2ホルダと、
を備えたことを特徴とするセンサ。A plate-like detection element having a detection unit on one end side and a plurality of electrode terminals formed on the side surface on the other end side for extracting a detection signal of the detection unit;
A casing that houses the other end of the detection element inside and holds the detection unit exposed to a measurement object, and
The casing is a sensor having a connector portion connected to an external connector detachably connected to the casing for transmitting the detection signal to an external circuit,
The connector part is
A plurality of connector terminals having an element contact portion elastically contacting the electrode terminal and a connector connecting portion connected to the external connector;
It is arranged so as to cover the periphery of the end portion of the detection element on the side where the electrode terminals are formed, and has a through hole through which the plurality of connector terminals penetrates, and holds each connector terminal in a non-contact state, A first holder for interposing an element contact portion of the connector terminal with the detection element;
It is connected to the first holder via a spring member, and is hermetically fixed to the casing. The connector connecting portions of the connector terminals are inserted into and exposed through insertion holes formed in the first holder, and the first holder is held. A second holder that,
A sensor comprising:
該第1嵌合部と第2嵌合部とが嵌合した状態で、前記第1ホルダに前記第2ホルダが連結されていることを特徴とする請求項1記載のセンサ。A convex or concave first fitting portion is formed on the connection surface of the first holder with the second holder, while the first fitting is formed on the connection surface of the second holder with the first holder. A concave or convex second fitting part that can be fitted with the joint part is formed,
The sensor according to claim 1, wherein the second holder is connected to the first holder in a state where the first fitting portion and the second fitting portion are fitted.
前記コネクタ端子は、該連結部に設けられた係止部が前記第1ホルダの上端面に係止されることにより該第1ホルダに支持される一方、前記第2ホルダに設けられた収容部により、前記連結部が収容されその第2ホルダ側への移動を阻止可能に構成されたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のセンサ。The connector terminal has a connecting portion for connecting the element contact portion and the connector connecting portion,
The connector terminal is supported by the first holder by a locking portion provided at the connecting portion being locked to the upper end surface of the first holder, while a receiving portion provided at the second holder. The sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the connecting portion is accommodated so as to be prevented from moving toward the second holder.
前記スリーブは、前記ケーシングに固定されて、前記検出素子をケーシングに固定し、
前記第1ホルダは、前記バネ部材により該スリーブに押し付けられていることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載のセンサ。The detection element is fixed in the insertion hole of the sleeve having an insertion hole in the center,
The sleeve is fixed to the casing, and the detection element is fixed to the casing;
The sensor according to claim 3, wherein the first holder is pressed against the sleeve by the spring member.
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